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GTS812 Cours 2

Articulations. Cartilage. Tendons et ligaments. Histopathologie musculaire. Structure et composition du muscle. Contraction musculaire.

Articulations

Définition: une articulation est l’organe d’union de deux ou plusieurs pièces osseuses Sutures (fibrous joint) Symphyses (articulation

cartilagineuse, cartilaginous joint)

Articulations à synoviales (synovial/diarthrodial joint)

STAPS, 2002

Cartilage articulaire (hyaline

articular cartilage) Tissu très différentié Avascularisé – physiologiquement isolé Cellules: chondrocytes Composé de fibres collagène et de la

substance fondamentale 2 Fonctions:

(1) distribuer la charge sur une grande surface (2) permettre le mouvement relatif avec une

friction et une usure minimale

Cartilage articulaire Composition et structure

Chondrocytes (10% du volume tissulaire) Collagène (15-22%) Protéoglycanes (4-7%) Eau, sels, protéines, lipides (60-85%)

Nordin & Frankel, 2001

Cartilage articulaire Collagène

Unité de base: tropocollagène


Cartilage articulaire

Collagène


Cartilage articulaire Collagène

Distribution non homogène


Atlas de l'arthrose, J.P. Pujol, 1995


Collagène Type II: structure de base des fibrilles Type XI: à l’intérieur des fibrilles lié de façon

covalente au collagène de type II Type IX: extérieur des fibrilles Type VI: à la surface et dans l’espace

péricellulaire Type X: tapis autour des chondrocytes


Propriétés mécaniques du collagène Résistance élevée en tension Résistance faible en compression Anisotropique

Arrangements variés des fibres de collagène Variation de densité des liaisons doubles Variation des interactions entre PG et collagène


Les chondrocytes:

Cartilage articulaire Les protéoglycanes



Eau Concentré au niveau de la surface articulaire Na+, K+, Ca2+

Circulation des gazes, éléments nutritifs et déchets entre chondrocytes et fluide synovial

70% de déplacement d’eau sous charge: contrôle le comportement mécanique + lubrification

Cartilage articulaire Interactions structurelles et

physiques entre les composantes Forces répulsives: pressions de

gonflement Chargement: augmentation des

forces répulsives



Interactions

Force compressiveDéformation des molécules PG

Pression interne excède la pression de gonflement

Liquide sort

Augmentation de la concentration en PG

Augmentation de la pression de gonflement

Équilibre avec la force externe


Interactions La résistance à la compression du cartilage

provient de deux sources1. La pression osmotique de gonflement associés aux

groupes ioniques fixés au GAG

2. La résistance à la compression du tissu collagénique en lui même


Comportement mécanique Viscoélasticité

Fluage Relaxation de la contrainte

total=solide+fluide


Cartilage articulaire Lubrification mixte

Lubrification limite hors charges: glycoprotéine Weeping lubrification ou boosted lubrification en charge



Hypothèses sur la biomécanique de la dégénérescence du cartilage

l’amplitude des contrainte imposées le nombre de pics de contraintes les changements dans la structure moléculaire et

microscopique de la matrice de collagène et des changements dans les propriétés mécaniques

du tissu.


Cartilage normal

Perte de PG

Dommage au collagène

Progression de l’arthrose

densité de charges fixes pression

traînée de friction perméabilité hydraulique

Agit pour diminuer les propriétés de support de charge du cartilage

déformation

Exudation de fluide

Arthrose Cartilage

Déformation de la matrice plus importante

Échanges de fluides plus importants

Cartilage articulaire - résumé

Fonction du cartilage: augmentation de la distribution des charges (diminuant ainsi les contraintes) et fournir une surface de support lisse et résistante à l’usure

Matériau multiphasique ou triphasique? Résistance à la friction au flux de fluide interstitiel et

propriétés intrinsèques de la matrice solide Dommages causés au cartilage: altération des

propriétés mécaniques

Cartilage articulaire - résumé


Tendons et ligaments Composition et structure

Composante Ligament Tendon

Matériau cellulaire: fibroblaste 20% 20%

Matrice extracellulaire 80% 80%

Eau 60-80% 60-80%

Solides 20-40% 20-40%

Collagène 70-80% Légèrement plus élevé

Type 1 90% 95-99%

Type 2 10% 1-5%

Substance fondamentale 20-30% Légèrement moins

Tendons et ligaments

Collagène



Élastine Substance fondamentale: PG

Consistance de gel Ciment Résistance mécanique des tendons (?) et

ligaments

Tendons et ligaments Structure externe



Insertion à l’os Zone 1: fin du tendon Zone 2: mélange collagène

et cartilage fibreux Zone 3: cartilage fibreux

minéralisé Zone 4: fusion avec os

cortical



Propriétés biomécaniques


Tendons et ligaments Propriétés mécaniques



Propriétés viscoélastiques


Tendons et ligaments Rupture ligamentaire et

mécanismes de blessures


Tendons et ligaments - résumé Collagène confère la résistance mécanique aux

tendons et ligaments Arrangement parallèle dans les tendons et plus

variable dans les ligaments Insertion: changement graduel Courbe contrainte-déformation Tendon: ¼ de leur limite à la rupture lors des

activités de la vie quotidienne Mécanisme de rupture du tendon: influencé par la

section et la force du muscle Comportement visco-élastique

Tendons et ligaments - résumé


Hystophysiologie musculaire

Introduction

Trois types de muscles: Muscle cardiaque Muscle lisse Muscle strié

+ de 430 muscles, dont 80 qui produisent les mouvements vigoureux

Rôles du muscle Travail statique et dynamique

La cellule - généralités

STAPS, 2002

La cellule: généralités

Membrane plasmique Deux couches lipidiques Éléments hydrophobes se font face dans la bicouche

lipidique Protège du milieu extérieur Permet les échanges entre la cellule et le milieu extérieur

Diffusion passive Transport actif

Endocytose - exocytose


Cytoplasme Hyaloplasme Réticulum endoplasmique Appareil de Golgi Mitochondries Ribosomes Lysosomes Centrioles Vacuoles Squelette cellulaire


Le noyau Enveloppe nucléaire Chromatine Nucléole

Structure et composition du muscle

STAPS, 2002

Structure et composition du muscle Fibre musculaire: unité fonctionnelle du

muscle Plusieurs noyaux Membrane plasmique: sarcolemme

Système T Jonction neuromusculaire

Cytoplasme = sarcoplasme Faisceaux de fibrilles (myofibrilles) (bandes A, I, H et

strie Z) = sarcomère Hyaloplasme (particules de glycogène et mitochondries) Réticulum endoplasmique: « citernes »

Structure et composition du muscle

STAPS, 2002

Contraction musculaire

Bases moléculaires pour la contraction musculaire Les bandes claires, I se raccourcissent Les bandes H disparaissent Les bandes sombres, A, gardent la même

longueur Les myofilaments d’actine et de myosine ne

changent pas de longueur


La jonction neuro-musculaire

Nordin et Frankel, 2001


1. Potentiel d’action2. Relargage d’acetylcholine vers JNM3. Liaison acétycholine + Récepteurs4. Augmentation de la perméabilité de la JNM au ions sodium + potassium:

potentiel de plaque5. PP dépolarise la membrane (sarcolemme): PAM6. Acétylcholine se transforme en acétylcholinesterase7. PAM dépolarise les tubules transverse8. Relargeage de CA++9. Liaison Ca++ avec troponine (qui bloquait liaison actine+myosine)10. A + M-ATP = A-M-ATP11. A-M-ATP = A-M + ADP + P12. Glissement relatif des filaments13. A-M + ATP = A + M-ATP


Fibres de type I Fibres de type II Sommation spatiale Sommation temporelle Propriétés visco-élastiques des éléments

Muscle prêt pour la contraction Retour à l’état initial Prévient une élongation trop importante Absorption et dissipation d’énergie


Sommation et tétanisation Secousse musculaire

élémentaire Temps de latence, temps de

contraction, temps de relaxation


Contraction musculaire tétanos



Types de contraction musculaires

Travail dynamique Contraction musculaire concentrique Contraction musculaire eccentrique Contraction isocinétique Contraction isoinertielle Contraction isotonique

Travail statique Contraction isométrique

Contraction musculaire Relation tension-longueur - fibre


Contraction musculaire Relation tension longueur - muscle


Contraction musculaire Relation force-vitesse Relation force-temps


Contraction musculaire Effet de

l’architecture du muscle squelettique



Effet de la fatigue

ATP, source d’énergie ATP - > ADP + Pi + énergie



Les voies énergétiques de la contraction musculaire

Voie anaérobie alactique PCr + ADP => ATP + Cr ATP + Cr => PCr + ADP (énergie provient de la

dégradation des aliments par les voies énergétiques) La voie anaérobie lactique ou glycolyse ou voie

glycolique (glucose)n+Pi => (glucose)n-1 + glucose P Glucose P => 2 acides pyruviques => 2 acides lactiques

La voie aérobie

Contraction musculaire - résumé L’unité structurelle du muscle squelettique est la fibre musculaire Les fibres sont composées de myofibrilles arrangées en

sarcomère, qui est l’unité fonctionnelle du système contractile Les myofibrilles sont composées de fins filaments d’actine et de

filaments plus épais de myosine Théorie du glissement: mouvement relatif des têtes de myosine

par rapport au filament d’actine (troponine et tropomyosine régulent les liens)

La clé du mécanisme est le Calcium qui allume et éteint l’activité contractile

L’unité motrice est la plus petite unité contractile du muscle

Contraction musculaire - résumé Les composantes passives s’étirent ou se relâchent avec la

contraction musculaire La sommation des contractions mène à la tétanisation du muscle Les muscles se contractent de façon concentrique, excentrique,

isométrique dépendamment de la relation entre la tension musculaire et la force externe

La force produite dans un muscle dépend de la relation longueur – tension, force – vitesse et force- temps

L’énergie dont le muscle a besoin vient de l’ATP. Il existe trois formes de production d’ATP dans le muscle (anaérobie alactique, anaérobie lactique et aérobie)

Trois types de fibres: type I lentes, oxidatives; Type IIA rapide oxydatives glycoliques, type IIB rapides glycolytiques

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